(57)【要約】  【課題】小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることができる音響センサを提供する。  【解決手段】受波素子１は、枠状の支持部１１の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部１２の後面側にスペーサ部１３を介して背板部１４が設けられた静電容量型の受波素子である。シールドケース５における受波素子１の振動板部１２に対向する前壁５ａに音孔５１が形成され、立体回路基板４の周部と受波素子１の支持部１１との互いの対向面間が封着されるとともに立体回路基板４の周部とプリント基板２の周部との互いの対向面間が封着されている。プリント基板２に、受波素子１と立体回路基板４とプリント基板２とで囲まれた空間からなる背室６と外部との間の音響インピーダンスを設定する通気穴２６が設けられてなる。【選択図】      図１
2006311106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波を受波するとともに受波した音波を電気信号である受波信号に変換する受波素子と、受波素子の後面側に配置され受波素子から出力された受波信号を信号処理する信号処理回路を構成する電子部品が受波素子との対向面側に実装されたプリント基板と、受波素子とプリント基板との間に介在し電子部品が収納される開口部が形成された合成樹脂成形品に受波素子とプリント基板とを電気的に接続する複数の配線パターンが形成された立体回路基板と、プリント基板との間で受波素子および立体回路基板を囲むようにプリント基板に封着されたシールドケースとを備え、受波素子が、枠状の支持部の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部の後面側にスペーサ部を介して背板部が設けられた静電容量型の受波素子であり、シールドケースにおける受波素子の振動板部に対向する前壁に音孔が形成され、立体回路基板の周部と受波素子の支持部との互いの対向面間が封着されるとともに立体回路基板の周部とプリント基板の周部との互いの対向面間が封着され、プリント基板に、受波素子と立体回路基板とプリント基板とで囲まれた空間からなる背室と外部との間の音響インピーダンスを設定する通気穴が設けられてなることを特徴とする音響センサ。
【請求項２】
プリント基板は、当該プリント基板の構成要素である絶縁基板における受波素子側の表面の周部に通気穴形成用の対となる導体パターンが形成されるとともに当該対となる導体パターン間で絶縁基板の前記表面に保護膜が形成され、対となる導体パターンそれぞれに積層された半田層間が半田ブリッジ部を介して繋がっており、半田ブリッジ部と保護膜との間の空間が通気穴を構成していることを特徴とする請求項１記載の音響センサ。
【請求項３】
通気穴は、プリント基板の厚み方向に貫通する通気穴用スルーホールからなることを特徴とする請求項１記載の音響センサ。
【請求項４】
プリント基板は、通気穴用スルーホールが複数箇所に形成されてなることを特徴とする請求項３記載の音響センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、携帯電話、補聴器などの音声入力用途に利用される小型の音響センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、振動板およびバックプレートを有する静電容量型の受波素子と、受波素子の後面側に配置され受波素子から出力された受波信号を信号処理する電子部品が受波素子との対向面側に実装されたプリント基板と、受波素子とプリント基板との間に介在する枠状のカバープレートと、プリント基板との間で受波素子およびカバープレートを囲むようにプリント基板に取り付けられたシールドケースとを備えた音響センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、上記特許文献１に開示された音響センサは、シールドケースにおいて受波素子の振動板に対向する前壁に音孔が形成されるとともに、カバープレートにおける受波素子の周部との対向面およびシールドプレートにおける前壁の後面それぞれに受波素子とプリント基板との間の空間からなる背室と外部とを連通させるための切欠部が形成されている。なお、上記特許文献１に開示された音響センサでは、上述の各切欠部が形成されているので、受波素子とプリント基板との間の空間に配置された電子部品の発熱に起因した空気の膨張収縮により周波数特性が変動するのを抑制することができる。
【０００４】
また、従来から、受波素子として、例えば、シリコン基板などをマイクロマシンニング技術などにより加工して形成され、枠状の支持部の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部からなる可動電極の後面側に絶縁材料からなるスペーサ部を介して背板部からなる固定電極が設けられた静電容量型の受波素子が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−３３９１９２号公報（段落〔０００２〕−〔０００７〕、および図５）
【特許文献２】特開２００３−３１８２０号公報（段落〔０００２〕−〔０００３〕、および図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に開示された音響センサの小型化を図るために、受波素子として上記特許文献２に記載されているようにマイクロマシンニング技術を利用して形成された静電容量型の受波素子を用いることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示された音響センサでは、２つの部材の互いの対向面の一方に形成した切欠部により音響インピーダンスを設定しているので、互いの対向面の平面度の違いに起因して切欠部以外の部位に通気路が形成されてしまい、音響インピーダンスが切欠部の形状に応じて決まる音響インピーダンスよりも低くなって低周波数領域のカットオフ周波数が設計値よりも高くなるとともに、音響センサ毎にカットオフ周波数がばらついて、所望の周波数特性を得ることができないとう知見を得た。なお、上記特許文献１には、組立後に音響インピーダンスを調整するようにした音響センサも開示されているが、音響センサの組立時に音響インピーダンスを調整するためのボルトやチューブをプリント基板に取り付けておき、組立後に音響インピーダンスを調整する作業が必要なので、生産性が低かった。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることができる音響センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、音波を受波するとともに受波した音波を電気信号である受波信号に変換する受波素子と、受波素子の後面側に配置され受波素子から出力された受波信号を信号処理する信号処理回路を構成する電子部品が受波素子との対向面側に実装されたプリント基板と、受波素子とプリント基板との間に介在し電子部品が収納される開口部が形成された合成樹脂成形品に受波素子とプリント基板とを電気的に接続する複数の配線パターンが形成された立体回路基板と、プリント基板との間で受波素子および立体回路基板を囲むようにプリント基板に封着されたシールドケースとを備え、受波素子が、枠状の支持部の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部の後面側にスペーサ部を介して背板部が設けられた静電容量型の受波素子であり、シールドケースにおける受波素子の振動板部に対向する前壁に音孔が形成され、立体回路基板の周部と受波素子の支持部との互いの対向面間が封着されるとともに立体回路基板の周部とプリント基板の周部との互いの対向面間が封着され、プリント基板に、受波素子と立体回路基板とプリント基板とで囲まれた空間からなる背室と外部との間の音響インピーダンスを設定する通気穴が設けられてなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、プリント基板に、受波素子と立体回路基板とプリント基板とで囲まれた空間からなる背室と外部との間の音響インピーダンスを設定する通気穴が設けられているので、従来のように２つの部材の互いの対向面の一方に形成する切欠部により音響インピーダンスを設定する場合に比べて、音響センサ毎の音響インピーダンスおよびカットオフ周波数のばらつきを小さくすることが可能となり、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、プリント基板は、当該プリント基板の構成要素である絶縁基板における受波素子側の表面の周部に通気穴形成用の対となる導体パターンが形成されるとともに当該対となる導体パターン間で絶縁基板の前記表面に保護膜が形成され、対となる導体パターンそれぞれに積層された半田層間が半田ブリッジ部を介して繋がっており、半田ブリッジ部と保護膜との間の空間が通気穴を構成していることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、プリント基板に半田リフローを行う際に通気穴を形成することができるので、通気穴を形成するための工程を別途設ける必要がない。また、通気穴形成用の対となる導体パターンの形状を適宜設計することにより音響インピーダンスを変更することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、通気穴は、プリント基板の厚み方向に貫通する通気穴用スルーホールからなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、通気穴を形成するための工程を別途に設ける必要がなく、通気穴を形成する工程が別途必要な場合に比べて工程数の削減を図れる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、プリント基板は、通気穴用スルーホールが複数箇所に形成されてなることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、通気穴として利用しない通気穴用スルーホールを封止することで周波数特性を変更することができる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明では、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施形態１）
本実施形態の音響センサは、図１（ａ）および図２に示すように、音波を受波するとともに受波した音波を電気信号である受波信号に変換する受波素子１と、受波素子１の後面側（図１（ａ）における下面側）に配置され受波素子１から出力された受波信号を信号処理する信号処理回路を構成する複数の電子部品３が受波素子１との対向面側（図１（ａ）における上面側）に実装されたプリント基板２と、プリント基板２との間で受波素子１および各電子部品３を囲むようにプリント基板２に封着された金属製のシールドケース５とを備えている。なお、電子部品３としては、例えば、ノイズ除去回路を構成する表面実装型の抵抗および表面実装型のコンデンサや、増幅回路用のＦＥＴなどがある。
【００１８】
受波素子１およびプリント基板２の外周形状は矩形状であり、シールドケース５は、後面が開口した矩形箱状の形状に形成されており、前壁５ａに音波を導入するための複数の音孔５１が形成され、周壁５ｂの後端縁がプリント基板２における電子部品３の実装面と略面一となるように配置されている。なお、シールドケース５の後端縁とプリント基板２の外周縁との間は、封止樹脂（例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂など）からなる封止部７により全周に亘って封着されている。また、各音孔５１は円形状に開口されている。
【００１９】
また、シールドケース５内には、受波素子１とプリント基板２とを電気的に接続するための配線パターン（電気配線）がメッキ技術およびレーザー加工技術を利用して形成された合成樹脂成形品からなる立体回路基板（ＭＩＤ基板）４が、受波素子１とプリント基板２との間に配置されている。ここにおいて、立体回路基板４の中央部には、各電子部品３の収納スペースを確保するとともに受波素子１の後面側に背室６を形成するための開口部４２が形成されており、立体回路基板４の平面形状は矩形枠状となっている。
【００２０】
立体回路基板４はプリント基板２における受波素子１との対向面側に配置されており、立体回路基板４の配線パターンがプリント基板２の導体パターン２２（図３参照）と電気的に接続されるとともに、立体回路基板４の周部とプリント基板２の周部との互いの対向面間が封止樹脂により封着されている。
【００２１】
受波素子１は、半導体製造技術を応用したマイクロマシンニング技術を利用して形成された静電容量型の受波素子であり、枠状（本実施形態では、矩形枠状）の支持部１１の内側に連続一体に形成されたダイヤフラム状の振動板部１２の後面（背面）側に絶縁層（例えば、二酸化シリコン層）からなる複数のスペーサ部１３を介して背板部１４が設けられ、振動板部１２と背板部１４との間に空気層（エアギャップ）１５が形成されている。また、背板部１４には複数の排気孔１４ａが厚み方向に貫設されており、振動板部１２の振動時に排気孔１４ａを空気が通過するようにしてある。したがって、振動板部１２が音波の圧力を受けて振動する際に振動板部１２と背板部１４との間の空気層１５により過度に制動を受けないようにすることができ、広い周波数帯域にわたる平坦な周波数特性と広いダイナミックレンジとを得ることが可能となる。なお、本実施形態の受波素子１は、厚み方向の中間部にシリコン酸化膜からなる絶縁膜を有する所謂ＳＯＩウェハとシリコンウェハとを二酸化シリコン層が介在する形で貼り合わせた後でシリコンウェハを所定厚さ（ここでは、背板部１４の設計厚さ）まで研磨した多層構造ウェハを用いて形成されており、ＳＯＩウェハの主表面側のシリコン層の一部により形成される振動板部１２に予め不純物をドーピングすることで振動板部１２に導電性を付与してあって、振動板部１２が可動電極を構成し、また、シリコンウェハの一部により形成される背板部１４に予め不純物をドーピングすることで背板部１４に導電性を付与してあって、背板部１４が固定電極を構成している。ここにおいて、受波素子１の基礎となる多層構造ウェハの構造は特に限定するものではなく、例えば、二酸化シリコン層を形成したシリコンウェハと振動板部１２の基礎になる高濃度不純物層を形成したシリコンウェハとを貼り合わせたものを用いてもよい。
【００２２】
上述の受波素子１では、振動板部１２と背板部１４とを電極とするコンデンサが形成されるから、振動板部１２が音波の圧力を受けることにより振動板部１２と背板部１４との間の距離が変化し、振動板部１２と背板部１４とを電極とするコンデンサの静電容量が変化する。したがって、振動板部１２および背板部１４に設けたパッド（図示せず）間に直流バイアス電圧を印加しておけば、パッドの間には音波の圧力に応じて微小な電圧変化が生じるから、音波を電気信号に変換することができる。ここで、受波素子１の各パッドと立体回路基板４の配線パターンとは金属材料（例えば、金など）からなるバンプ（図示せず）を介して電気的に接続されているが、バンプに限らず、異方導電接着剤を用いて接続するようにしてもよい。ここに、立体回路基板４における開口部４２の周部には図１（ａ）における上面および内側面が開放された凹所４３が形成されており、凹所４３の内底面に対応する部位で背板部１４のパッドと配線パターンとが接続され、凹所４３の周部で振動板部１２のパッドと配線パターンとが接続されている。また、立体回路基板４の周部と受波素子１の周部との互いの対向面間は封止樹脂により封着されており、立体回路基板４の周部と受波素子１の周部との互いの対向面間には封止樹脂からなる封止部８が全周に亘って介在している。なお、受波素子１は、振動板部１２に導電性を付与せずに導電性材料（例えば、アルミニウムなど）からなる可動電極を積層するとともに、背板部１４に導電性を付与せずに導電性材料（例えば、アルミニウムなど）からなる固定電極を積層するようにしてもよい。
【００２３】
ところで、本実施形態の音響センサでは、プリント基板２に、受波素子１と立体回路基板４とプリント基板２とで囲まれた空間からなる背室６と外部との間の音響インピーダンスを設定する通気穴２６（図１（ｂ），（ｃ）参照）が設けられている。なお、シールドケース５は、前壁５ａの後面において受波素子１の支持部１１と重なる領域に交差し通気穴２６と音孔５１を連通させる通気用溝５２が形成されており、背室６内の空気は通気穴２６を通して立体回路基板４とシールドケース５の周壁５ｂとの間の空間へ流れ、さらに通気用溝５２を通過し、さらに音孔５１を通して外部へ流れることになるが、音響インピーダンスは上述のように通気穴２６により設定している。
【００２４】
ここにおいて、プリント基板２は、当該プリント基板２の構成要素である絶縁基板２１における受波素子１側の表面に、図３に示すように電子部品３接続用の複数の導体パターン２２が形成されており（図３では導体パターン２２にハッチングを施してある）、受波素子１側の表面の周部に通気穴形成用の対となる導体パターン２２ｂ，２２ｂ（図３では導体パターン２２ｂにもハッチングを施してある）が形成されており、絶縁基板２１の上記表面において導体パターン２２，２２ｂが形成されていない部位は保護膜２３により覆われている。したがって、対となる導体パターン２２ｂ，２２ｂ間で絶縁基板２１の上記表面には保護膜２３が形成されている。
【００２５】
また、プリント基板２１には半田リフロー工程が実施されており、保護膜２３が半田レジストとして機能するので、対となる導体パターン２２ｂ，２２ｂそれぞれに積層された半田層２４，２４間が半田ブリッジ部２５を介して繋がっており、半田ブリッジ部２５と保護膜２３との間の空間が通気穴２６を構成している。
【００２６】
しかして、本実施形態の音響センサでは、プリント基板２に、受波素子１と立体回路基板４とプリント基板２とで囲まれた空間からなる背室６と外部との間の音響インピーダンスを設定する通気穴２６が設けられているので、従来のように２つの部材の互いの対向面の一方に形成する切欠部により音響インピーダンスを設定する場合に比べて、音響センサ毎の音響インピーダンスおよびカットオフ周波数のばらつきを小さくすることが可能となり、小型化を図りながらも所望の周波数特性を再現性良く得ることができる。また、プリント基板２の半田ブリッジ部２５と保護膜２３との間の空間が通気穴２６を構成しているので、プリント基板２に半田リフローを行う際に通気穴２６を形成することができるから、通気穴２６を形成するための工程を別途設ける必要がない。また、通気穴形成用の対となる導体パターン２２ｂ，２２ｂの形状を適宜設計することにより音響インピーダンスを変更することができる。
【００２７】
（実施形態２）
本実施形態の音響センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図４（ａ），（ｂ）に示すように、音響インピーダンスを設定する通気穴２６が、プリント基板２の厚み方向に貫通する通気穴用スルーホール２７ｂにより構成されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２８】
しかして、本実施形態の音響センサでは、通気穴用スルーホール２７ｂを接続用するホール２７ａと同時に形成することができるので、通気穴２６を形成するための工程を別途に設ける必要がなく、通気穴２６を形成する工程が別途必要な場合に比べて工程数の削減を図れる。
【００２９】
なお、図５に示すように、プリント基板２の複数箇所に通気穴用スルーホール２７ｂを形成しておき、通気穴２６として利用しない通気穴用スルーホール２７ｂを封止することで周波数特性を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は図３のＡ−Ａ’断面に対応する要部概略断面図、（ｃ）は図３のＢ−Ｂ’断面に対応する要部概略断面図である。
【図２】同上を示す概略分解斜視図である。
【図３】同上におけるプリント基板の概略平面図である。
【図４】実施形態２を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）はプリント基板の概略平面図である。
【図５】同上におけるプリント基板の他の構成例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  受波素子
２  プリント基板
３  電子部品
４  立体回路基板
５  シールドケース
５ａ  前壁
５ｂ  周壁
６  背室
８  封止部
１１  支持部
１２  振動板部
１３  スペーサ部
１４  背板部
１４ａ  排気孔
２１  絶縁基板
２２ｂ  導体パターン
２３  保護膜
２４  半田層
２５  半田ブリッジ部
２６  通気穴
５１  音孔
５２  通気用溝
【図１】
2006311106.tif 000003
【図２】
2006311106.tif 000004
【図３】
2006311106.tif 000005
【図４】
2006311106.tif 000006
【図５】
2006311106.tif 000007